本發(fā)明涉及一種經(jīng)緯儀，特別是一種基于衛(wèi)星定向的定向經(jīng)緯儀。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的經(jīng)緯儀是一種測量水平角和豎直角的儀器，它由：望遠(yuǎn)鏡、水平軸、豎軸、水準(zhǔn)器和基座組成。從最早的游標(biāo)經(jīng)緯儀，到現(xiàn)在的光學(xué)經(jīng)緯儀、電子經(jīng)緯儀，經(jīng)緯儀都是一種測量相對角度的儀器，它能給出精確的相對角度，卻給不了經(jīng)緯儀光軸與天文北向之間的絕對方位角。
近年來，隨著高精度測量型衛(wèi)星天線技術(shù)、衛(wèi)星抗干擾技術(shù)及衛(wèi)星定向算法等方面的突破，隨著北斗二號衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的組網(wǎng)成功，基于衛(wèi)星定向的定向精度越來越高，在軍用、民用定向領(lǐng)域越來越具備工程應(yīng)用價值。衛(wèi)星定向的基本原理是利用兩個天線同時接收衛(wèi)星信號，然后利用載波相位差分技術(shù)測量其相對坐標(biāo)，進(jìn)而得到兩個天線之間的絕對方位角。
當(dāng)前在軍用和民用領(lǐng)域，高精度絕對方位角主要通過天文測星、陀螺羅盤或者激光慣組給出，這些傳統(tǒng)定向設(shè)備內(nèi)部有電機(jī)和運(yùn)動機(jī)構(gòu)，可靠性不高，維護(hù)困難。此外，這些傳統(tǒng)定向設(shè)備價格昂貴，維護(hù)成本高，不利于推廣使用。因此，高精度、高可靠、低成本的定向經(jīng)緯儀的研制具有較高的價值。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明目的在于提供一種基于衛(wèi)星定向的定向經(jīng)緯儀，解決傳統(tǒng)經(jīng)緯儀無法測量絕對方位角、傳統(tǒng)定向設(shè)備成本昂貴且維護(hù)困難的問題。
一種基于衛(wèi)星定向的定向經(jīng)緯儀，包括：經(jīng)緯儀部件、三腳架A和三腳架B，還包括：目標(biāo)部件、主天線、副天線、接收機(jī)、內(nèi)部電纜和通訊電纜。其中，所述的經(jīng)緯儀部件，包括：基座、望遠(yuǎn)鏡、U形支架、水平軸、豎軸、水準(zhǔn)器A、電子顯示屏、光學(xué)對點(diǎn)器A、天線安裝基面。所述的目標(biāo)部件，包括：十字刻線、水準(zhǔn)器B、光學(xué)對點(diǎn)器B、金屬框體。
主天線置于經(jīng)緯儀部件的天線安裝基面上并固定連接。望遠(yuǎn)鏡置于水平軸上并固定連接。水平軸置于U形支架上并固定連接。水準(zhǔn)器A、電子顯示屏置于U形支架下端并固定連接。U形支架繞豎軸旋轉(zhuǎn)。豎軸置于基座上并固定連接。光學(xué)對點(diǎn)器A置于豎軸下面，它的光軸與豎軸重合。U形支架兩臂之間有一個圓形的天線安裝基面，基面繞豎軸中心對稱，基面中心與豎軸重合，基面高度高于望遠(yuǎn)鏡最高點(diǎn)，不與望遠(yuǎn)鏡筒干涉。經(jīng)緯儀部件置于三腳架A上并通過螺紋固定連接。
副天線置于目標(biāo)部件上并固定連接。目標(biāo)部件主體是一個帶回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的方形金屬框體，十字刻線嵌入其中，調(diào)平狀態(tài)下刻線交點(diǎn)與副天線相位中心在水平面上的投影重合。水準(zhǔn)器B置于金屬框體頂端并固定連接。光學(xué)對點(diǎn)器B置于金屬框體底部并固定連接，它的光軸與十字刻線中的豎線重合。目標(biāo)部件置于三腳架B上并通過螺紋固定連接。
接收機(jī)是一個方形的控制盒，置于三腳架A的一條支腿上并固定連接。主天線、經(jīng)緯儀部件通過內(nèi)部電纜連接到接收機(jī)。副天線通過通訊電纜連接到接收機(jī)。
被測目標(biāo)是有定向功能的裝置，棱鏡置于被測目標(biāo)里且固定連接，棱鏡的法線方向代表了被測目標(biāo)的方向。
對被測目標(biāo)的定向工作流程：在室外的空地上展開定向經(jīng)緯儀，周圍高山、建筑物遮擋角小于等于30°，主天線、副天線兩者距離大于等于10m。通過伸長或者縮短三腳架來調(diào)整定向經(jīng)緯儀的高度，以方便人員操作。根據(jù)水準(zhǔn)器A的指示，對經(jīng)緯儀部件調(diào)平；根據(jù)水準(zhǔn)器B的指示，對目標(biāo)部件調(diào)平。定向經(jīng)緯儀開機(jī)，U形支架繞豎軸旋轉(zhuǎn)，望遠(yuǎn)鏡繞水平軸旋轉(zhuǎn)，使得望遠(yuǎn)鏡準(zhǔn)直被測目標(biāo)的棱鏡，然后準(zhǔn)直目標(biāo)部件上的十字刻線，得到方位夾角|Δ|。開機(jī)后，主天線、副天線接收衛(wèi)星信號，通過電纜傳輸至接收機(jī)。接收機(jī)根據(jù)位置精度因子及共視衛(wèi)星數(shù)來判斷是否具備定向條件。如果不具備定向條件，接收機(jī)點(diǎn)亮重新架設(shè)指示燈。如果具備定向條件，接收機(jī)解算出主副天線相位中心連線的北向角HW以及所在地的經(jīng)度、緯度、高程等定位信息，點(diǎn)亮測量完成指示燈，并在電子顯示屏上顯示被測目標(biāo)的北向角H以及經(jīng)度、緯度、高程信息。被測目標(biāo)的北向角H表達(dá)式為：H＝HW+|Δ|+δ，其中δ為定向經(jīng)緯儀的儀器常數(shù)，事先標(biāo)定好。北向角H的定向精度主要與主、副天線之間的間距L相關(guān)，當(dāng)L＝10m時，三倍標(biāo)準(zhǔn)差的定向精度優(yōu)于50″；當(dāng)L＝50m時，三倍標(biāo)準(zhǔn)差的定向精度優(yōu)于10″。根據(jù)光學(xué)對點(diǎn)器在地面上埋設(shè)地標(biāo)，定向經(jīng)緯儀將定向信息通過大地介質(zhì)存儲起來。
本發(fā)明充分考慮了高精度、高可靠、低成本的定向需求，設(shè)計了一種基于衛(wèi)星定向的定向經(jīng)緯儀。通過提高衛(wèi)星天線性能、改進(jìn)衛(wèi)星定向算法等手段，使得三倍標(biāo)準(zhǔn)差的定向精度在10m基線上達(dá)到了50″，50m基線上達(dá)到了10″，能夠滿足發(fā)射車定向、北向基準(zhǔn)建立、鐵路建設(shè)等領(lǐng)域的使用需求。定向經(jīng)緯儀僅僅在傳統(tǒng)的經(jīng)緯儀上增加了一套衛(wèi)星接收部件，設(shè)備成本遠(yuǎn)低于實(shí)現(xiàn)相同功能的陀螺經(jīng)緯儀等傳統(tǒng)定向設(shè)備，而且可靠性高，維護(hù)簡單，適合在室外使用，因而具有較為廣闊的應(yīng)用前景。
附圖說明
圖1一種基于衛(wèi)星定向的定向經(jīng)緯儀的示意圖。
1.基座 2.望遠(yuǎn)鏡 3.U形支架 4.水平軸 5.豎軸 6.水準(zhǔn)器A 7.電子顯示屏
8.光學(xué)對點(diǎn)器A 9.天線安裝基面 10.主天線 11.接收機(jī) 12.三腳架A
13.十字刻線 14.水準(zhǔn)器B 15.光學(xué)對點(diǎn)器B 16.金屬框體 17.副天線
18.三腳架B 19.通訊電纜 20.內(nèi)部電纜 21.被測目標(biāo) 22.棱鏡
具體實(shí)施方式
一種基于衛(wèi)星定向的定向經(jīng)緯儀，包括：經(jīng)緯儀部件、三腳架A12和三腳架B18，還包括：目標(biāo)部件、主天線10、副天線17、接收機(jī)11、內(nèi)部電纜20和通訊電纜19。其中，所述的經(jīng)緯儀部件，包括：基座1、望遠(yuǎn)鏡2、U形支架3、水平軸4、豎軸5、水準(zhǔn)器A6、電子顯示屏7、光學(xué)對點(diǎn)器A8、天線安裝基面9。所述的目標(biāo)部件，包括：十字刻線13、水準(zhǔn)器B14、光學(xué)對點(diǎn)器B15、金屬框體16。
主天線10置于經(jīng)緯儀部件的天線安裝基面9上并固定連接。望遠(yuǎn)鏡2置于水平軸4上并固定連接。水平軸4置于U形支架3上并固定連接。水準(zhǔn)器A6、電子顯示屏7置于U形支架3下端并固定連接。U形支架3繞豎軸5旋轉(zhuǎn)。豎軸5置于基座1上并固定連接。光學(xué)對點(diǎn)器A8置于豎軸5下面，它的光軸與豎軸5重合。U形支架3兩臂之間有一個圓形的天線安裝基面9，基面繞豎軸5中心對稱，基面中心與豎軸5重合，基面高度高于望遠(yuǎn)鏡2最高點(diǎn)，不與望遠(yuǎn)鏡2筒干涉。經(jīng)緯儀部件置于三腳架A12上并通過螺紋固定連接。
副天線17置于目標(biāo)部件上并固定連接。目標(biāo)部件主體是一個帶回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的方形金屬 框體16，十字刻線13嵌入其中，調(diào)平狀態(tài)下刻線交點(diǎn)與副天線17相位中心在水平面上的投影重合。水準(zhǔn)器B14置于金屬框體16頂端并固定連接。光學(xué)對點(diǎn)器B15置于金屬框體16底部并固定連接，它的光軸與十字刻線13中的豎線重合。目標(biāo)部件置于三腳架B18上并通過螺紋固定連接。
接收機(jī)11是一個方形的控制盒，置于三腳架A12的一條支腿上并固定連接。主天線10、經(jīng)緯儀部件通過內(nèi)部電纜20連接到接收機(jī)11。副天線17通過通訊電纜19連接到接收機(jī)11。
被測目標(biāo)21是有定向功能的裝置，棱鏡22置于被測目標(biāo)21里且固定連接，棱鏡22的法線方向代表了被測目標(biāo)21的方向。
對被測目標(biāo)21的定向工作流程：在室外的空地上展開定向經(jīng)緯儀，周圍高山、建筑物遮擋角小于等于30°，主天線10、副天線17兩者距離大于等于10m。通過伸長或者縮短三腳架來調(diào)整定向經(jīng)緯儀的高度，以方便人員操作。根據(jù)水準(zhǔn)器A6的指示，對經(jīng)緯儀部件調(diào)平；根據(jù)水準(zhǔn)器B14的指示，對目標(biāo)部件調(diào)平。定向經(jīng)緯儀開機(jī)，U形支架3繞豎軸5旋轉(zhuǎn)，望遠(yuǎn)鏡2繞水平軸4旋轉(zhuǎn)，使得望遠(yuǎn)鏡2準(zhǔn)直被測目標(biāo)21的棱鏡22，然后準(zhǔn)直目標(biāo)部件上的十字刻線13，得到方位夾角|Δ|。開機(jī)后，主天線10、副天線17接收衛(wèi)星信號，通過電纜傳輸至接收機(jī)11。接收機(jī)11根據(jù)位置精度因子及共視衛(wèi)星數(shù)來判斷是否具備定向條件。如果不具備定向條件，接收機(jī)11點(diǎn)亮重新架設(shè)指示燈。如果具備定向條件，接收機(jī)11解算出主副天線17相位中心連線的北向角HW以及所在地的經(jīng)度、緯度、高程等定位信息，點(diǎn)亮測量完成指示燈，并在電子顯示屏7上顯示被測目標(biāo)21的北向角H以及經(jīng)度、緯度、高程信息。被測目標(biāo)21的北向角H表達(dá)式為：H＝HW+|Δ|+δ，其中δ為定向經(jīng)緯儀的儀器常數(shù)，事先標(biāo)定好。北向角H的定向精度主要與主、副天線17之間的間距L相關(guān)，當(dāng)L＝10m時，三倍標(biāo)準(zhǔn)差的定向精度優(yōu)于50″；當(dāng)L＝50m時，三倍標(biāo)準(zhǔn)差的定向精度優(yōu)于10″。根據(jù)光學(xué)對點(diǎn)器在地面上埋設(shè)地標(biāo)，定向經(jīng)緯儀將定向信息通過大地介質(zhì)存儲起來。